Este proyecto nace de la idea de concienciar a la sociedad sobre la importancia de defendernos ante las radiaciones solares, para evitar lesiones dermatológicas así como quemaduras, enrojecimientos, incluso cáncer de piel.
Para ello se ha creado un dispositivo, el cual, mide las radiaciones solares en un punto fijo, como podría ser la playa, evalúa los datos recibidos. Estos datos son escalados y los manda a una página web. Cualquier persona podría registrarse en esta página web y desde ahí ver la cantidad de radiaciones solares que hay en el momento, incluso algún grafico de las radiaciones de últimas horas, días, semanas…
El robot consta de dos partes: por un lado la parte que han realizado nuestros compañeros de Zubiri Manteo, la parte informática. Y por otro lado la parte que hemos realizado los alumnos de Don Bosco, la parte electrónica.
La parte electrónica, consta de un sensor de radiación solar ML8511 el cual va conectado a un chip ATMega328p. Este microcontrolador se comunica con la página web vía Wi-Fi. Para ello, tenemos el modulo Wi-Fi ESP8266, el cual se conectaría a un router. Con la programación realizada en el ATMega238p, el modulo Wi-Fi enviaría los datos a la página web mediante unos comandos AT.
En cuanto a la parte informática está programada para poner en pantalla el dato recibido. Esta página web es pública, cualquiera podría registrarse. Una vez dentro, el usuario contesta a una serie de preguntas para determinar qué tipo de fototipo es el cliente. Hay cuatro tipos de fototipos, que determinan quienes pueden ser más propensos a lesiones dermatológicas. Cuando un usuario introduce email y contraseña para mirar las radiaciones solares del
momento, le saldrá un consejo en cuanto a protección solar e hidratación en base al fototipo del usuario.
De esta manera haríamos llegar a la sociedad un pensamiento más preventivo en cuanto a las radiaciones solares, haciéndoles llegar un mensaje de concienciación con el cáncer de piel con la tecnología avanzada del momento.
________________________________2. PLANIFICACIÓN DEL PROYECTO
El desarrollo del proyecto se ha realizado mediante diferentes fases. Cada una de ellas se ha planificado previamente, dividiéndola en tareas y subtareas. A continuación se expone esquemáticamente cada una de las fases para desarrollarlas posteriormente en el siguiente apartado.
_________________________3. ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGÍA
Para la construcción de este prototipo se han estudiado y analizado las siguientes tecnologías:
ATMega328p
Arduino es una plataforma de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en software y hardware flexibles y fáciles de usar. Se creó para artistas, diseñadores, aficionados y cualquier interesado en crear entornos y objetivos interactivos.
Arduino puede tomar información del entorno a través de sus pines de entrada de toda una gama de sensores y puede afectar aquello que lo rodea controlando luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Aduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino y el entorno de desarrollo Arduino.
El ATMega328p AVR 8-bit es un circuito integrado de alto rendimiento que está basado en un microcontrolador RISC. Cuenta con 28 pines. De estos, 14 son digitales (de los cuales 6 pueden ser utilizados como salidas PWM), 6 entradas analógicas, un conector de alimentación, un cristal como oscilador de 16MHz y un botón de reinicio. Contiene todo lo necesario para apoyar el microcontrolador, simplemente conectarlo a un ordenador con un cable USB, o
alimentarla con un adaptador de corriente AC/DC para empezar.
Sensor de radiación solar ML8511
El módulo ML8511 es un sensor de luz ultravioleta (UV), que mide la cantidad de radiaciones solares y entrega una señal analógica que depende de la cantidad de luz UV que detecte en su entorno o alrededor.
Es usado en proyectos de monitoreo de condiciones ambientales como el índice de radiaciones ultravioleta. El sensor ML8511 detecta luz con una longitud de onda entre 280-390nm. Este rango es suficiente para cubrir tanto al espectro Ultravioleta-B (UV-B) como al Ultravioleta-A (UV-A).
La salida analógica está relacionado linealmente con la intensidad UV (mW/cm2 para ser convertido por un ADC y así trabajar con la medición (ver ilustración)
El módulo ESP8266
El módulo ESP8266 nos permite añadir conexión Wifi a nuestro Arduino. Ello nos posibilita el control inalámbrico en un entorno de bastantes metros y sin cables, bien a través de nuestra red local o (si configuramos el Router y tenemos IP fija) vía Internet desde cualquier parte con un ordenador o un móvil.
El módulo mide 1,5×2,5 cm y solo necesita dos hilos para funcionar, ya que se comunica vía serie con el Arduino. No hay una autentica comunicación Wi-Fi, solo es serie, pero es más que suficiente para recibir datos o enviar comandos a cualquiera de los pines del Arduino.
Al contrario que con el módulo HLK-RM04 que dispone de una página Web para configuración, el ESP8266 se configura por medio de comandos AT.
Funciona a 3,3V y a veces consume bastante. Con una fuente de alimentación y limitando la salida a 100mA, no es capaz de arrancar. Aunque después baja el consumo. Los que no tengan fuente con 3,3V, pueden usar las salidas de ese voltaje de una fuente de PC o incluso dos pilas de 1,5V en serie.
Los módulos más recientes, vienen con un firmware habilitado para comunicación a 9600. Tenía también más antiguos con firmware a 115200. Se cambia el firm y listo. Toda esta información y los comandos AT están en http://www.electrodragon.com/w/Wi07c.
Attiny85
El tiiny85 es la plataforma del Arduino llevada a un terreno mucho más pequeño. Este chip posee un tamaño muy reducido, lo que posibilita hacer muchos proyectos que de otra manera serían imposibles. Además, posee la cualidad de no necesitar ningún componente externo para funcionar salvo la fuente de alimentación.
El Attiny posee tres entradas analógicas y dos digitales que hacen un total de 8 patillas, sumando las de alimentación y RESET. Posee un cristal interno que le posibilita tener distintas frecuencias y no depender de uno externo.
Impresora 3D
Una impresora 3D es una máquina capaz de realizar “impresiones” de diseños en 3D, creando piezas o maquetas volumétricas a partir de un diseño hecho por ordenador. Surgen con idea de convertir archivos de 2D en prototipos reales o 3D. Comúnmente se ha utilizado en la prefabricación de piezas o componentes, en sectores como la arquitectura y el diseño industrial. En la actualidad se está extendiendo su uso en la fabricación de prótesis médicas, ya
que la impresión 3D permite adaptar cada pieza fabricada a las características exactas de cada paciente.
ATMega328p
Se ha decidido utilizar la placa Arduino Mega como centralita del proyecto, debido a su coste reducido y a los conocimientos adquiridos durante el curso para programar este tipo de dispositivos basados en el lenguaje de programación de alto nivel Processing. Abarca varios lenguajes diferentes de programación, entre ellos C++. Arduino es un hardware de software libre, lo que implica tener una comunidad detrás, la cual permite un aprendizaje autodidacta ante cualquier tipo de obstáculo o contra que se pueda encontrar.
Sensor de radiación solar ML8511
En este proyecto se ha utilizado el medidor de radiación solar ML8511.Se ha decidido utilizar este sensor debido a su coste, a su reducido tamaño, lo que nos permite realizar el Wareable, y las conexiones simples que tiene.
Modulo Wi-Fi ESP8266
Para realizar la comunicación del Arduino con la pagina web, se ha utilizado el modulo Wi-Fi ESP8266, ya que hoy en día la gran mayoría de la sociedad tiene un móvil con datos de navegación para introducirse en la página web.
Attiny85
En este proyecto hemos realizado un apartado privado, más preciso. Por eso mismo, hemos utilizado el Attiny85, que hace la misma función que ATMega328, con la única diferencia que el Attiny85 consta de un tamaño más reducido, y permite tener ropa sensorizada.
Impresoras 3D
La estructura de este proyecto se ha realizado con piezas imprimidas en 3D, ya que de este modo, conseguimos abaratar el precio considerablemente. Por otra parte, las piezas necesarias para complementar el dispositivo, han sido diseñadas en FreeCad.
__________________________4. DESCRIPCIÓN TÉCNICA DEL PROYECTO
La idea de este proyecto es dividirla en dos partes: la parte informática y la
electrónica. Pero dentro de nuestra parte electrónica, hemos decido dividirla en dos partes: (ver ilustración 2)
1- La primera parte consta del sensor de radiación solar. Este sensor hay que
2- La segunda parte del microcontrolador ATMega328p, que se encarga de
________________________________________________5. PRESUPUESTO
En la tabla que verán a continuación, tenemos inscritos los precios de todos los componentes que completan el dispositivo, para poder hacernos una idea del precio de SunIT antes de introducirlo en el mercado.
ATMega328p 3,62€
Sensor ML8511 12,95€
Componentes fuente de alimentación
Modulo Wi-Fi 4€
Cristal 16 MHz (+ 2 condensadores 22pF)
PRECIO PRODUCTOS 26,52€
Mano de obra 13,48€
TOTAL: 40€
La pulsera o la gorra seguiría lo siguiente:
Attiny85 1,95€
Sensor ML8511 12,95€
Módulo bluetooth 5,87€
PRECIO PRODUCTOS: 20,77€
Mano de obra: 40€
_________________________________6. DESARROLLO DEL PROTOTIPO
En esta fase se carga el programa anteriormente explicado en el Arduino virtual que nos ofrece el software de Proteus llamado ISIS y asi se ha podido comprobar el correcto funcionamiento del circuito.
Este software es de gran utilidad para la realización de este proyecto, ya que haciendo la simulación se da un gran paso ante la fabricación posterior, depurando los posibles fallos que puedan surgir.
La visualización se hace de forma automática, sin la necesidad de pulsar ningún botón o interruptor. En la simulación se puede apreciar como nuestra fuente de alimentación transmite la tensión necesaria y el correcto cableado para un buen funcionamiento del dispositivo.
Cablear y probar el circuito
En esta fase se ha de probar uno por uno todos los elementos del circuito físicamente. De este modo se puede saber si los componentes que se van a montar funcionan correctamente y si el diseño realizado en la fase anterior es correcto.
Acopio de material
Una vez hecha la simulación y comprobar su buen funcionamiento, se tiene que hacer la recopilación de componentes a utilizar.
Para este proyecto se han recopilado los siguientes materiales:
Prueba en protoboard
Aunque en la simulación en ISIS no haya salido como nosotros esperábamos, no debemos fiarnos y debemos comprobarlo en una protoboard antes de crear la placa.
Este punto es de una gran importancia ya que se dan un par de puntos muy importantes para el proyecto:
Diseño y fabricación de la PCB
En esta fase se hade diseñar y fabricar la placa siguiendo los puntos explicados a continuación:
Por desgracia, por normal general, el diseño realizado anteriormente en ISIS de la simulación del proyecto no suele ser valido a la hora de diseñar el circuito en Ares, por lo que se ha de modificar dicho diseño añadiendo las huellas y componentes que no estén disponibles en el diseño inicial.
Al utilizar el sensor de radiación ML8511 o el modulo Wi-Fi ESP8266, componentes los cuales no están en el repertorio de ISIS, hemos utilizado conectores (uno de 8 para ESP8266 y de 4 para ML8511).
Este es otro paso clave para la fabricación del proyecto, ya que hay varios factores a tener en cuenta, como el ancho de pistas, colocación de los componentes, anchura de vías…
Se ha diseñado una sola placa. Se ha decidido realizar un diseño parejo al del ISIS en cuanto a colocación de componentes, para que en caso de error, se nos agilice el proceso de arreglo.
Por suerte, Don Bosco dispone de una máquina capaz de crear circuitos impresos mediante fresado en muy poco tiempo. La maquina en cuestión es una Board-Master LPKF PromatS62.
Antes de comenzar la fabricación de nuestra PCB, tenemos que crear el archivo adecuado para que la maquina sea capaz de identificarlo. Para ello hemos utilizado el programa CircuitCAM, en el que se realizan los últimos retoques como el vaciado de los componentes para facilitar el soldeo (ver ilustración 3).
Una vez hemos creado el archivo, conectamos el ordenador con los esquemas a la LPKF. Una vez cargados estos archivos se le tiene que ordenar a lamaquina que comience a hacer los agujeros de los componentes en la placa, para a continuación, comenzar el proceso de metalización.
Construcción del prototipo
Para una mejor estética del proyecto hemos decidido realizar una carcasa, para el wareable (ver ilustración 4). Esta pieza ha sido diseñada en FreeCad, teniendo en cuenta las medidas que nos había salido la placa, lo que nos ocupa el LED en vertical, y una pequeña salida para sacar el sensor y poder colocarlo a gusto del cliente.
Soldadura de componentes en PCB
En esta fase, se ha soldado a nuestra pcb los conectores necesarios para poder conectar y desconectar el sensor y el microcontrolador con total comodidad. Por otro lado, el conector de alimentación, sus reguladores para adaptar la tensión a los componentes utilizados, y el modulo Wi-Fi (ver ilustración 5).
Al posicionar los componentes, se debe empezar colocando los más bajos primer, y a continuación ir poniéndolos conjuntamente con otros de un tamaño igual o similar. Esto se hace para que al apoyar la placa y comenzar a soldar, los componentes queden apoyados en la superficie y no caigan por su propio peso.
Para realizar las soldaduras, se ha utilizado una estación de soldadura, la cual dispone de estañadores de punta fina para poder realizar un trabajo más detallado y preciso.
Puesta en marcha
Una vez realizadas las soldaduras, el siguiente paso ha sido comprobar si nuestra PCB cumplía perfectamente su función.
Se ha comprobado que la señal llega a la página web, dado que constantemente estaba cambiando el dato recibido por el sensor que estaba en pantalla.
Construcción del prototipo
Para la construcción de este proyecto se han reunido las placas y las carcasas impresas en 3D. Simplemente se han insertado las placas en sus correspondientes carcasas para una mejor imagen de cara al público.
_____________________________7. CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
Conclusiones
Al terminar el prototipo se ha pensado una serie de mejoras tales como: Al mismo proyecto se le pueden añadir diferentes elementos de diseño y varias aplicaciones, ajustándose estas a las necesidades del cliente.
El objetivo principal de este proyecto ha sido fomentar la prevención de radiaciones solares, para disminuir el impacto del cáncer de piel en la sociedad.
En el mercado, vemos a SunIT en diferentes lugares:
_____________________8. FUENTES DE INFORMACIÓN Y BIBLIOGRAFÍA
Este ha sido un proyecto compuesto de unas tecnologías nuevas e innovadoras, por lo tanto, se ha tenido que recurrir a los siguientes enlaces para obtener algunos ejemplos e información para su correcto desarrollo:
Sensor de radiación solar ML8511:
http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Rohm%20PDFs/ML8511-00FC_RefBrd_Manual-01.pdf
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/LightImaging/ML8511_3-8-13.pdf
Modulo Wi-Fi ESP8266:
http://www.prometec.net/comunicaciones/Attiny85
http://www.rinconingenieril.es/ingenieros/attiny85-hola-mundo/?post=true
______________________________________________________9. ANEXOS
Dado que los anexos de nuestros componentes son bastante extensos, os dejamos aquí los links, por si necesitáis usar algún componente de estos, para que tengáis una referencia inicial.
http://www.atmel.com/images/atmel-8271-8-bit-avr-microcontroller-atmega48a-48pa-88a-88pa-168a-168pa-328-328p_datasheet_complete.pdf
https://cdn.sparkfun.com/datasheets/Sensors/LightImaging/ML8511_3-8-13.pdf
https://www.adafruit.com/images/product-files/2471/0A-ESP8266__Datasheet__EN_v4.3.pdf
http://www.atmel.com/images/atmel-2586-avr-8-bit-microcontroller-attiny25-attiny45-attiny85_datasheet.pdf
